Formation of collagen bandles with micron-order diameter in sturgeon collagen: the mechanism of formation and bioactivity

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K22322
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 都木 靖彰 北海道大学, 水産科学研究院, 教授 (10212002)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柚木 俊二 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部バイオ応用技術グループ, 上席研究員 (20399398) ; 成田 武文 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部バイオ応用技術グループ, 研究員 (20640056) [Withdrawn] ; 畑山 博哉 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部バイオ応用技術グループ, 副主任研究員 (80614552) ; 浦 和寛 北海道大学, 水産科学研究院, 准教授 (90360940)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: 魚類コラーゲン / 大直径コラーゲン線維 / 組織工学 / 細胞足場マトリクス / 水産加工副生物

Outline of Annual Research Achievements

研究実施計画1．Ⅰ型線維形成，Ⅰ＋Ⅱハイブリッド型線維形成過程の詳細観察　分担者が所属する東京都産業技術研究センターに導入された温度制御装置付の新型デジタル顕微鏡を用いることで，当初予定していたAFMよりも簡便かつ詳細にコラーゲン原線維の成長過程を観察することに成功した。Ⅰ型コラーゲンにはチョウザメ浮袋コラーゲン（SBC）、Ⅱ型コラーゲンにはチョウザメ脊索コラーゲン（NC）を用いた。SBCの場合、線維形成26時間後に線維状構造物が観察され、原線維を観察できたものと考えられた。その直系は数十ナノメートルレベルであった。NCでは全く線維状の構造物は観察されなかった。一方、SBCとNCを混合した場合、原線維と考えられる構造物が数本束になって凝集し、その束化の核となる構造が観察された。NaClを添加すると、SBCの原線維成長は促進され、太く長い原線維が計背エイされることが示唆された。SBCとNCを混合した場合、NaClを添加しても原線維の成長が遅く、原線維がねじれるように凝集する可能性が示唆された。反応場の高さを増す（体積を増す）と、特にNaClを加えた際にSBC原線維の伸長が促進された。
2．SBC線維の細胞機能活性化能の実証　SBC線維上で培養したMC3T3-E1骨芽細胞の分化初期（培養1日目）と後期（培養21日目）の遺伝子発現をマイクロアレイを用いて網羅的に解析し、当初予測とは逆にコラーゲン線維に接着した細胞では多くの遺伝子の発現が抑制されることを発見した。一方でフィブロネクチンやVIII型コラーゲン遺伝子など細胞外基質に関わるある特定の遺伝子の発現が活性化される可能性が示唆された。しかし、2022年4月末現在研究を担当する中国人留学生の入国がかなわずqPCRによる詳細な解析ができていない。